《滚动轴承故障诊断》PPT课件
合集下载
轴承故障诊断 PPT
(1)
V1=2πf1*D/2
(2)
V2= 2πfr*(D-dcosα)/2 (3) (2),(3)代入(1)式：
2f1D=fr(D-dcosα)
(4)
当外圈有缺陷时：
fo=f1z= fr(1-d/Dcosα )z/2 当内圈有缺陷时：
fe=(fr-f1)z
= fr(1+d/Dcosα )z/2
•
BPFI=(N/2)z[1+(d/D)Cosα ］
• 以上符号：
– d=滚动体直径;
– D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)
– α=径向方向接触角
– z=滚动体数目
– N=轴的转速。
• 注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变 化；3.轴承外环固定不旋转.
滚动轴承故障频率计算(2)-经验公式
• 7.保持架损坏 由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形，增加 它与滚动体之间的摩擦，甚至使某些滚动体卡死不能滚 动，也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦等。这一损 伤会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏。
滚动轴承的故障监测
• 最原始的滚动轴承故障诊断方法是用听音棒接触轴承部 位，依靠听觉来判断轴承有无故障。后来采用各式测振 仪器并利用振动位移、速度或加速度的均方根值或峰值 来判断轴承有无故障（如恩态克、SKF、CSI等离线故 障诊断仪器）。
–（1）轴承外圈一阶径向固有振动，其频带在（1-8 ） kHz范围类。如离心泵、风机、轴承试验机这类简单机 械的滚动轴承故障诊断中，这是一种方便的诊断信息。
–（2）轴承其他元件的固有振动。其频带在（20-60） kHz范围内，能避开流体动力噪声，信噪比高。
–（3）加速度传感器的一节固有频率，合理利用加速度 传感器（安装）系统的一节谐振频率作为监测频带，常 在轴承故障信号提取中受到良好效果，其频率范围通常 选择在10kHz左右。
滚动轴承的状态检测与故障诊断ppt课件
3 2
43.0Hz
Fourier Spectrum(M b)- Input (Mgnitude)
Wrking:
Input:
Input:FFT
Anal
yzer
87.0H
130.0Hz
260.0Hz
0
40
80
120
160
200
24z]
经过包络处理之后，不平衡、松动、皮带轮偏斜、轴向窜动等频率都被滤 掉了，只用考虑轴承故障和泵进排液阀冲击。而进排液阀产生的冲击频率是泵 转频的1、3、6 …倍，包络谱中主要频率分量是43Hz、87Hz、130Hz、260Hz, 不是转频5.58Hz 的倍频分量，由此断定故障不是由泵进排液阀窜绕引起的。当 轴承跑内圆或轴承磨损使间隙增大时也会在包络谱上产生转频及其谐波分量。 经过比对，这些频率分量是滚动体故障频率14.7Hz 的3、6、9、18倍频，表明滚 动体出现故障，并且很严重。
命。
2)磨损
由于滚道和滚动体的相对运动和尘埃异物引起表面磨损，润滑不良会加剧磨 损，结果使轴承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也 降低了机器的运动精度，表现为振动水平及噪声的增大。
3)擦伤
由于轴承内外滚道和滚动体接触表面上的微观凸起或硬质颗粒使接触面 受力不均，在润滑不良、高速重载工况下，因局部摩擦产生的热量造成接触 面局部变形和摩擦焊合，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将 局部摩擦焊接点从基体上撕裂。
随着轴承的运转，轴承滚动表面会产生轻微的缺陷，这些轻微缺陷引 起的振动会激起轴承部件的固有频率(fn)振动或轴承支承结构共振， 一般振 动频率在500Hz～2kHz。
第二阶段
边频爷
1仪
3)第三阶段：轴承缺陷频率及其倍频振动阶段
43.0Hz
Fourier Spectrum(M b)- Input (Mgnitude)
Wrking:
Input:
Input:FFT
Anal
yzer
87.0H
130.0Hz
260.0Hz
0
40
80
120
160
200
24z]
经过包络处理之后，不平衡、松动、皮带轮偏斜、轴向窜动等频率都被滤 掉了，只用考虑轴承故障和泵进排液阀冲击。而进排液阀产生的冲击频率是泵 转频的1、3、6 …倍，包络谱中主要频率分量是43Hz、87Hz、130Hz、260Hz, 不是转频5.58Hz 的倍频分量，由此断定故障不是由泵进排液阀窜绕引起的。当 轴承跑内圆或轴承磨损使间隙增大时也会在包络谱上产生转频及其谐波分量。 经过比对，这些频率分量是滚动体故障频率14.7Hz 的3、6、9、18倍频，表明滚 动体出现故障，并且很严重。
命。
2)磨损
由于滚道和滚动体的相对运动和尘埃异物引起表面磨损，润滑不良会加剧磨 损，结果使轴承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也 降低了机器的运动精度，表现为振动水平及噪声的增大。
3)擦伤
由于轴承内外滚道和滚动体接触表面上的微观凸起或硬质颗粒使接触面 受力不均，在润滑不良、高速重载工况下，因局部摩擦产生的热量造成接触 面局部变形和摩擦焊合，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将 局部摩擦焊接点从基体上撕裂。
随着轴承的运转，轴承滚动表面会产生轻微的缺陷，这些轻微缺陷引 起的振动会激起轴承部件的固有频率(fn)振动或轴承支承结构共振， 一般振 动频率在500Hz～2kHz。
第二阶段
边频爷
1仪
3)第三阶段：轴承缺陷频率及其倍频振动阶段
滚动轴承的故障诊断PPT演示课件
诊断
磨屑
好 有 无 好 好 好 有 好 有 有 不可
方法
轴承间隙
无 无 无 好 好 有 无 无 无 无 不可
油膜电阻
无 无 无 好 好 好 好 有 无 无 可
滚动轴承故障诊断
15
各种诊断方法的灵敏度
故
障
信
号 强 度
振
动
缺 陷 故 障 界
分 析 灵 敏 度
限
噪 声
灵 敏 度
测 温 分 析
分
缺
析
陷
灵
灾
轴承内部有锈蚀
滚动轴承故障诊断
7
轴承失效形式—点蚀
▪ 现象： 滚道面或滚动体表面 上有小坑和片状剥落
▪ 原因： 载荷过大 润滑不良 预载过大 间隙过小
滚动轴承故障诊断
8
轴承失效形式—压痕
▪ 现象： 滚道面上有滚动体的压痕
▪ 原因： 装配不当 静载荷过大 冲击载荷过大 异物侵入
滚动轴承故障诊断
9
轴承失效形式—烧伤、胶合
定义
Sf
xrm s x
Cf
xm ax xrm s
If
xm ax x
CL f
xm a x xr
Kv xr4ms
敏感性
差 一般 较好 好 好
稳定性
好 一般 一般 一般 差
表中：x －平均幅值， xr－方根幅值， －峭度
滚动轴承故障诊断
25
峰值指标用于轴承诊断
峰值指标Cf不受振动信号绝对大小的影响，适用于检测 滚动面剥落与裂纹等故障，但不适于检测磨损。
▪ 现象： 滚道面变色、软化、 熔合
▪ 原因： 转速过高 润滑不良 装配不当
滚动轴承故障诊断
故障诊断》讲稿第四章幻灯片PPT
黄区―轴承工作表面有轻微损伤，可能不断扩大，20< dBM <35 红区―轴承工作表面严重损伤，dBM >35
dBM >50时应检查更换
机械工程及自动化专业
第四章 滚动轴承的振动监测与诊断
4.4 轴承故障的简易诊断法 4.4.2、使用便携式测振仪
（2）冲击脉冲法
(简易)图4-44 使用CMJ-1测点位置示意图 1—滚动轴承；2—轴承座；3—冲击脉冲探头
均值A（经绝对值处理后的平均值）：一般用于转速高于 300r/min时。
均方根值Prms：适用于摩擦之类振动值随时间缓慢变化的情况。
机械工程及自动化专业
第四章 滚动轴承的振动监测与诊断
4.4 轴承故障的简易诊断 4法.4.3、在线监测与故障诊断系统中的状态监测部分
（2）波形因素诊断法（P/A） 加速度
②轴承套圈（内、外圈）在圈平面内径向弯曲振动的固有频率
若取E＝2.058×1011N/m2，密度为 7.8×103kg/m3,则上式可简化为
A－A放大
2a
fN r9.401052 a hn(n n2 2 1 1 ) （HZ）
式中：h―套圈的厚度（m）
A
A
h
中性轴
机械工程及自动化专业
第四章 滚动轴承的振动监测与诊断
第四章 滚动轴承的故障监测与诊断
4.2 轴承的故障特征频率 4.2.3 与滚动轴承安装有关的振动特征频率 2) 滚动轴承紧固过紧或过松
(与滚动体表面缺陷故障特征频率相同) fbD dfr[1(D d)2cos2]
图5-5 因紧固过紧等原因引起的振动
机械工程及自动化专业
第四章 滚动轴承的故障监测与诊断
远离这一频带，信噪比高。
dBM >50时应检查更换
机械工程及自动化专业
第四章 滚动轴承的振动监测与诊断
4.4 轴承故障的简易诊断法 4.4.2、使用便携式测振仪
（2）冲击脉冲法
(简易)图4-44 使用CMJ-1测点位置示意图 1—滚动轴承；2—轴承座；3—冲击脉冲探头
均值A（经绝对值处理后的平均值）：一般用于转速高于 300r/min时。
均方根值Prms：适用于摩擦之类振动值随时间缓慢变化的情况。
机械工程及自动化专业
第四章 滚动轴承的振动监测与诊断
4.4 轴承故障的简易诊断 4法.4.3、在线监测与故障诊断系统中的状态监测部分
（2）波形因素诊断法（P/A） 加速度
②轴承套圈（内、外圈）在圈平面内径向弯曲振动的固有频率
若取E＝2.058×1011N/m2，密度为 7.8×103kg/m3,则上式可简化为
A－A放大
2a
fN r9.401052 a hn(n n2 2 1 1 ) （HZ）
式中：h―套圈的厚度（m）
A
A
h
中性轴
机械工程及自动化专业
第四章 滚动轴承的振动监测与诊断
第四章 滚动轴承的故障监测与诊断
4.2 轴承的故障特征频率 4.2.3 与滚动轴承安装有关的振动特征频率 2) 滚动轴承紧固过紧或过松
(与滚动体表面缺陷故障特征频率相同) fbD dfr[1(D d)2cos2]
图5-5 因紧固过紧等原因引起的振动
机械工程及自动化专业
第四章 滚动轴承的故障监测与诊断
远离这一频带，信噪比高。
滚动轴承检测方法幻灯片PPT
峰值因子参量PF 可以进展滚动轴承的早期诊断，但是随 着轴承故障的开展，信号形状会产生变化，使这个判断法
轴承故障因子
隆启科技
只是使用PF测量法那么，对一个轴承就需要屡次测量并结合振动分 析，对这些屡次的测量数据做综合分析。
DEF轴承故障因子
DEF〔Defect Factor〕的计算法那么根本上保持了峰值因子PF和均方 根参量RMS各自的最主要的优点，见下式：
•安庆石化公司
• 四川达州化肥厂
•镇海炼化检安公司
• 舞阳钢厂新连轧
•齐鲁石化橡胶厂
• 齐鲁石化塑料厂
•吉林石化公司
• 海南炼化
•山东隆升钢铁公司
•青岛炼化公司 •大庆石化公司 •天津石化公司炼油部 •青岛石化公司 •仪征化纤股份 •宜昌南玻硅材料 •上海石化 •金陵石化 •扬子石化 •中石化管道储运公司 •斯比凯可〔山东〕生物制品 •中石化江苏油田 •济南炼化 •广州石化 •茂名石化
振动尖峰能量
隆启科技
gSE的判断标准：
恩泰克公司以图表的形式推荐了振动尖峰能量烈度
澳大利亚堪培拉BHP钢铁公司积累了大量数据，形成了自己的gSE 判断经历准那么〔企业标准〕
转速rpm 600 800 1050 1500 2250 3000
良好 <0.14 < 0.16 < 0.2 < 0.3 < 0.44 < 0.6
必须特别注意当轴承负载过大或轴承润滑不良时，也会导致轴承状态值偏高
高频滤波法
隆启科技
10.振动高频滤波检测法(L方法)
轴承状态值：测量滚动轴承损坏频率可能出现的范 围，并显示其振动速度有效值，作为轴承状态的参 考。一般机械故障如不平衡或不对中等其产生的振 动频率很少超过600Hz，而一般超过频率12000Hz的 振动信号已相当微弱，所以提取这个范围内的振动 值经特定数据处理(分段加权)后定义为轴承状态值。
轴承故障因子
隆启科技
只是使用PF测量法那么，对一个轴承就需要屡次测量并结合振动分 析，对这些屡次的测量数据做综合分析。
DEF轴承故障因子
DEF〔Defect Factor〕的计算法那么根本上保持了峰值因子PF和均方 根参量RMS各自的最主要的优点，见下式：
•安庆石化公司
• 四川达州化肥厂
•镇海炼化检安公司
• 舞阳钢厂新连轧
•齐鲁石化橡胶厂
• 齐鲁石化塑料厂
•吉林石化公司
• 海南炼化
•山东隆升钢铁公司
•青岛炼化公司 •大庆石化公司 •天津石化公司炼油部 •青岛石化公司 •仪征化纤股份 •宜昌南玻硅材料 •上海石化 •金陵石化 •扬子石化 •中石化管道储运公司 •斯比凯可〔山东〕生物制品 •中石化江苏油田 •济南炼化 •广州石化 •茂名石化
振动尖峰能量
隆启科技
gSE的判断标准：
恩泰克公司以图表的形式推荐了振动尖峰能量烈度
澳大利亚堪培拉BHP钢铁公司积累了大量数据，形成了自己的gSE 判断经历准那么〔企业标准〕
转速rpm 600 800 1050 1500 2250 3000
良好 <0.14 < 0.16 < 0.2 < 0.3 < 0.44 < 0.6
必须特别注意当轴承负载过大或轴承润滑不良时，也会导致轴承状态值偏高
高频滤波法
隆启科技
10.振动高频滤波检测法(L方法)
轴承状态值：测量滚动轴承损坏频率可能出现的范 围，并显示其振动速度有效值，作为轴承状态的参 考。一般机械故障如不平衡或不对中等其产生的振 动频率很少超过600Hz，而一般超过频率12000Hz的 振动信号已相当微弱，所以提取这个范围内的振动 值经特定数据处理(分段加权)后定义为轴承状态值。
轴承故障诊断技术 ppt课件
缺点：表面剥落、压痕、裂纹、点蚀等 异常情况诊断效果较差。
基于光纤的故障监测和诊断技术
光纤诊断技术一般用光导纤维束制成位移传感 器发射和接受光纤束，对轴承工况作出判断，该方 法灵敏度高、信噪比大，可以较直接地反映轴承的 制造质量、表面磨损程度、载荷、润滑和间隙情况。
适用：传感器安装在轴承座内的场合。
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
滚动轴承故障形式
1.疲劳剥落 2.磨损 3.塑性变形 4.锈蚀 5.断裂 6.胶合 7.保持架损坏
诊断方法：
统计特征参量随时间呈现周期或多周期的变化 规律，具有循环平稳特性。
1.时间平滑周期图法 2.基于调幅和调频信号模型推导出循环域解调 方法 3.基于谱相关密度
非平稳信号的监测和诊断技术
时频信号分析
1.小波分析
2.振动信号的改进小波包分析
3.改进的时频分析
4.高阶谱
5.1
1 2
维谱分析
6.分形维数方法
适用：疲劳剥落、变形、压痕、局部腐蚀 等故障进行监测与诊断
低频分析法和幅值参数指标分析法
轴承故障特征频率：
轴承振动信号中的许多统计特征参量随着故障的性质及严 重程度发生变化，可以作为轴承故障监测和诊断的依据：
设x i 为采集到的振动序列，i 0,1,2...n
峰值和均方根值是有量纲的参数，峰值因子、 峭度因子、波形因子、脉冲因子、裕度因子是无量 纲的参数。
缺点：专用设备价格比较昂贵，局限性。
基于油膜电阻的故障监测和诊断技术
原理：如果轴承在运转过程中,滚道和滚
动体之间形成很好的油膜，则内外圈的电阻 值可达兆欧姆以上，但当润滑油膜遭到破坏 后,则内外圈之间的电阻可降低至零欧姆。
基于光纤的故障监测和诊断技术
光纤诊断技术一般用光导纤维束制成位移传感 器发射和接受光纤束，对轴承工况作出判断，该方 法灵敏度高、信噪比大，可以较直接地反映轴承的 制造质量、表面磨损程度、载荷、润滑和间隙情况。
适用：传感器安装在轴承座内的场合。
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
滚动轴承故障形式
1.疲劳剥落 2.磨损 3.塑性变形 4.锈蚀 5.断裂 6.胶合 7.保持架损坏
诊断方法：
统计特征参量随时间呈现周期或多周期的变化 规律，具有循环平稳特性。
1.时间平滑周期图法 2.基于调幅和调频信号模型推导出循环域解调 方法 3.基于谱相关密度
非平稳信号的监测和诊断技术
时频信号分析
1.小波分析
2.振动信号的改进小波包分析
3.改进的时频分析
4.高阶谱
5.1
1 2
维谱分析
6.分形维数方法
适用：疲劳剥落、变形、压痕、局部腐蚀 等故障进行监测与诊断
低频分析法和幅值参数指标分析法
轴承故障特征频率：
轴承振动信号中的许多统计特征参量随着故障的性质及严 重程度发生变化，可以作为轴承故障监测和诊断的依据：
设x i 为采集到的振动序列，i 0,1,2...n
峰值和均方根值是有量纲的参数，峰值因子、 峭度因子、波形因子、脉冲因子、裕度因子是无量 纲的参数。
缺点：专用设备价格比较昂贵，局限性。
基于油膜电阻的故障监测和诊断技术
原理：如果轴承在运转过程中,滚道和滚
动体之间形成很好的油膜，则内外圈的电阻 值可达兆欧姆以上，但当润滑油膜遭到破坏 后,则内外圈之间的电阻可降低至零欧姆。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5
滚动轴承故障诊断
概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
➢ 疲劳剥落 ➢ 磨损 ➢ 锈蚀 ➢ 塑性变形 ➢ 断裂 ➢ 胶合 ➢ 保持架损坏
6
常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
疲劳剥落
原因
• 内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，交变载荷 的作用，在表面下一定深度处形成裂纹，裂纹扩展到接触 表面使表层发生剥落坑
后果
• 造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧
内圈疲劳失效
外圈疲劳失效
7
常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
疲劳剥落
是轴承失效的主要形式
一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命
滚动轴承的额定寿命
• 在滚道或滚动体上出现面积为0.5mm2的疲劳剥落坑就认为 轴承寿命终结
• 同一批轴承中，最高寿命与最低寿命可以相差几十倍甚至 上百倍，因此正确诊断轴承故障可以合理利用轴承的寿命
滚动轴承故障诊断 振动机理
振动
温度
21
振动原因分析---故障缺陷引起的振动
互换性好
滚动轴承的缺点
承受冲击的能力差 滚动体上的载荷分布不均匀
3
概述
滚动轴承的组成
外圈 内圈 滚动体 保持架
按承载方向分类
向心轴承 推力轴承 向心推力轴承
4
概述 滚动轴承的安装
冷压法和热套法 压力机、手锤和套筒、润滑剂、加热器等
滚动轴承的拆卸
使用专门的拆卸具
概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
➢ 轴承结构特点引起的振动 ➢ 轴承制造装配原因引起的振动 ➢ 故障缺陷引起的振动
15
振动原因分析
滚动轴承故障诊断 振动机理
轴承结构特点引起的振动
滚动轴承承载时，由于不同的位置承载的滚动体数目不同， 因而承载刚度会有变化，引起轴心的起伏波动
胶合
原因:
• 在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热，轴承零 件可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表面上的金属粘 附到另一个表面上
后果:
• 出现压痕，产生剥落区
11
常见故障形式
保持架损坏
原因：
• 由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
后果：
A点之后振动值急剧上升，而温度却还有 些下降，这一段轴承表面状态已恶化
在B点之前，轴承中已有明显的金属与金 属的直接接触和短暂的滑动
B点之后有更频繁的金属之间直接接触及 滑动，润滑剂恶化甚至发生炭化，直至 发生胶合
从图中可以看出，振动值比温度 能更早地预报胶合的发生，由此 可见轴承振动是一个比较敏感的 故障参数
峰值与RMS值的比值从5左右逐渐增加到5.5～6
轴承磨损时振动加速度
19
振动原因分析---故障缺陷引起的振动
严重磨损导致轴承偏心
滚动轴承故障诊断 振动机理
轴承出现偏心，当轴旋转时，轴心便会绕外圈中心摆动
20
振动原因分析---故障缺陷引起的振动
胶合
在A点以前，振动加速度略微下降，温度 缓慢上升
• 保持架和滚动体之间的摩擦增大，甚至使某些滚动体卡死不能滚动， 也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦
• 会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏
断裂
原因：
• 过高的载荷可能引起轴承零件断裂 • 金属材料有缺陷和热处理不良 • 转速过高，润滑不良
后果：
• 轴承出现裂纹，加速劣化
12
常见故障原因综述
机械设备故障诊断技术 ----滚动轴承故障诊断
北京科技大学 机械工程学院 黎敏 阳建宏 2021/1/10
滚动轴承故障诊断 概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
2
概述 滚动轴承是旋转机械中的重要零件 滚动轴承的优点
摩擦系数小，运动精度高 对润滑剂的黏度不敏感，多数滚动轴承可使用润滑脂 低速下也能承受载荷 产品已经国际标准化，易于大批量生产，成本低廉，
• 电流通过，引起电火花而产生电蚀
后果 • 高精度轴承由于表面锈蚀导致精度丧失而不能正常工作
10
常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
塑性变形
原因：
• 轴承受到过大的冲击载荷或静载荷
• 硬度很高的异物侵入
后果：
• 运转过程中产生剧烈的振动和噪声
• 压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落
采用游隙较小的轴承或加预紧力可减小此振动
滚动轴承的承载刚度和滚子位置的关系
16
振动原因分析
轴承的装配制造原因引起的振动
滚动轴承故障诊断 振动机理
在轴承制造过程中，加工设备的振动而产生加工面的波纹度
滚动体大小不均匀引起轴心摆动
17
滚动轴承故障诊断
概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
过载
引起过早疲劳（包括过紧配合，布氏硬度凹痕和预负荷）
13
滚动轴承故障诊断
概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
➢疲劳剥落 ➢磨损 ➢锈蚀 ➢塑性变形 ➢断裂 ➢胶合 ➢保持架损坏
➢ 装配不当 ➢ 润滑不良 ➢ 腐蚀 ➢ 过热 ➢ 过载
14
滚动轴承故障诊断
➢ 轴承结构特点引起的振动 ➢ 轴承制造装配原因引起的振动 ➢ 故障缺陷引起的振动
磨损 偏心 胶合 疲劳剥落损伤 内滚道损伤 外滚道损伤 滚动体损伤
18
振动原因分析---故障缺陷引起的振动
滚动轴承故障诊断 振动机理
轴承磨损
随着磨损的进行，振动加速度峰值和RMS值缓慢上升，振动 信号呈现较强的随机性
8
常见故障形式
磨损
原因 • 尘埃、异物的侵入 • 润滑不良
后果 • 轴承游隙增大，表面粗糙度增加 • 轴承运转精度降低，振动和噪声增大
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
9
常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
锈蚀
原因
• 水分或酸、碱性物质的侵入
• 轴承停止工作后，轴承温度下降，空气中的水分凝结
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
装配不当
润滑不良
腐蚀
水分和异物侵入
征兆是在滚道、滚子、保持架或其他位置出现红棕色区域
过热
征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色 温度超过400F（204℃）使滚道和滚动体材料退火
硬度降低导致轴承承重降低和早期失效
严重情况下引起变形，另外温升高会降低和破坏润滑性能
滚动轴承故障诊断
概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
➢ 疲劳剥落 ➢ 磨损 ➢ 锈蚀 ➢ 塑性变形 ➢ 断裂 ➢ 胶合 ➢ 保持架损坏
6
常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
疲劳剥落
原因
• 内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，交变载荷 的作用，在表面下一定深度处形成裂纹，裂纹扩展到接触 表面使表层发生剥落坑
后果
• 造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧
内圈疲劳失效
外圈疲劳失效
7
常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
疲劳剥落
是轴承失效的主要形式
一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命
滚动轴承的额定寿命
• 在滚道或滚动体上出现面积为0.5mm2的疲劳剥落坑就认为 轴承寿命终结
• 同一批轴承中，最高寿命与最低寿命可以相差几十倍甚至 上百倍，因此正确诊断轴承故障可以合理利用轴承的寿命
滚动轴承故障诊断 振动机理
振动
温度
21
振动原因分析---故障缺陷引起的振动
互换性好
滚动轴承的缺点
承受冲击的能力差 滚动体上的载荷分布不均匀
3
概述
滚动轴承的组成
外圈 内圈 滚动体 保持架
按承载方向分类
向心轴承 推力轴承 向心推力轴承
4
概述 滚动轴承的安装
冷压法和热套法 压力机、手锤和套筒、润滑剂、加热器等
滚动轴承的拆卸
使用专门的拆卸具
概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
➢ 轴承结构特点引起的振动 ➢ 轴承制造装配原因引起的振动 ➢ 故障缺陷引起的振动
15
振动原因分析
滚动轴承故障诊断 振动机理
轴承结构特点引起的振动
滚动轴承承载时，由于不同的位置承载的滚动体数目不同， 因而承载刚度会有变化，引起轴心的起伏波动
胶合
原因:
• 在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热，轴承零 件可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表面上的金属粘 附到另一个表面上
后果:
• 出现压痕，产生剥落区
11
常见故障形式
保持架损坏
原因：
• 由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
后果：
A点之后振动值急剧上升，而温度却还有 些下降，这一段轴承表面状态已恶化
在B点之前，轴承中已有明显的金属与金 属的直接接触和短暂的滑动
B点之后有更频繁的金属之间直接接触及 滑动，润滑剂恶化甚至发生炭化，直至 发生胶合
从图中可以看出，振动值比温度 能更早地预报胶合的发生，由此 可见轴承振动是一个比较敏感的 故障参数
峰值与RMS值的比值从5左右逐渐增加到5.5～6
轴承磨损时振动加速度
19
振动原因分析---故障缺陷引起的振动
严重磨损导致轴承偏心
滚动轴承故障诊断 振动机理
轴承出现偏心，当轴旋转时，轴心便会绕外圈中心摆动
20
振动原因分析---故障缺陷引起的振动
胶合
在A点以前，振动加速度略微下降，温度 缓慢上升
• 保持架和滚动体之间的摩擦增大，甚至使某些滚动体卡死不能滚动， 也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦
• 会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏
断裂
原因：
• 过高的载荷可能引起轴承零件断裂 • 金属材料有缺陷和热处理不良 • 转速过高，润滑不良
后果：
• 轴承出现裂纹，加速劣化
12
常见故障原因综述
机械设备故障诊断技术 ----滚动轴承故障诊断
北京科技大学 机械工程学院 黎敏 阳建宏 2021/1/10
滚动轴承故障诊断 概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
2
概述 滚动轴承是旋转机械中的重要零件 滚动轴承的优点
摩擦系数小，运动精度高 对润滑剂的黏度不敏感，多数滚动轴承可使用润滑脂 低速下也能承受载荷 产品已经国际标准化，易于大批量生产，成本低廉，
• 电流通过，引起电火花而产生电蚀
后果 • 高精度轴承由于表面锈蚀导致精度丧失而不能正常工作
10
常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
塑性变形
原因：
• 轴承受到过大的冲击载荷或静载荷
• 硬度很高的异物侵入
后果：
• 运转过程中产生剧烈的振动和噪声
• 压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落
采用游隙较小的轴承或加预紧力可减小此振动
滚动轴承的承载刚度和滚子位置的关系
16
振动原因分析
轴承的装配制造原因引起的振动
滚动轴承故障诊断 振动机理
在轴承制造过程中，加工设备的振动而产生加工面的波纹度
滚动体大小不均匀引起轴心摆动
17
滚动轴承故障诊断
概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
过载
引起过早疲劳（包括过紧配合，布氏硬度凹痕和预负荷）
13
滚动轴承故障诊断
概述 滚动轴承故障形式与原因 滚动轴承的振动机理 滚动轴承的故障诊断技术
➢疲劳剥落 ➢磨损 ➢锈蚀 ➢塑性变形 ➢断裂 ➢胶合 ➢保持架损坏
➢ 装配不当 ➢ 润滑不良 ➢ 腐蚀 ➢ 过热 ➢ 过载
14
滚动轴承故障诊断
➢ 轴承结构特点引起的振动 ➢ 轴承制造装配原因引起的振动 ➢ 故障缺陷引起的振动
磨损 偏心 胶合 疲劳剥落损伤 内滚道损伤 外滚道损伤 滚动体损伤
18
振动原因分析---故障缺陷引起的振动
滚动轴承故障诊断 振动机理
轴承磨损
随着磨损的进行，振动加速度峰值和RMS值缓慢上升，振动 信号呈现较强的随机性
8
常见故障形式
磨损
原因 • 尘埃、异物的侵入 • 润滑不良
后果 • 轴承游隙增大，表面粗糙度增加 • 轴承运转精度降低，振动和噪声增大
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
9
常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
锈蚀
原因
• 水分或酸、碱性物质的侵入
• 轴承停止工作后，轴承温度下降，空气中的水分凝结
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
装配不当
润滑不良
腐蚀
水分和异物侵入
征兆是在滚道、滚子、保持架或其他位置出现红棕色区域
过热
征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色 温度超过400F（204℃）使滚道和滚动体材料退火
硬度降低导致轴承承重降低和早期失效
严重情况下引起变形，另外温升高会降低和破坏润滑性能